Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Trajectographe en silicium“

L'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) permettra l'étude des collisions produites par le LHC (Large Hadron Collider), futur collisionneur installé au CERN. Cette expérience est principalement dédiée à l'étude des collisions d'ions lourds. Plusieurs détecteurs concentriques entourant le vertex primaire participent à la trajectographie des particules dans ALICE. L'ensemble de détection le plus proche du point d'interaction est le trajectographe interne, ou ITS (Inner Tracking System). L'ITS est composé de 6 couches de détection cylindriques concentriques. Le SSD (Silicon Strip Detector) d'ALICE représente les deux couches externes de l'ITS. Le SSD est constitué de 1 698 modules de détection frontaux. La conception des modules SSD est étroitement liée à la grande multiplicité de particules produites par les collisions d'ions lourds. Ces modules se composent d'une partie sensible en silicium et de son électronique de lecture associée. La première étape de la caractérisation des modules SSD a consistée à tester en faisceau les quatre premiers modules prototypes. L'analyse de ces tests a permis de vérifier les performances des modules (rapport signal sur bruit, résolution spatiale...). Concernant la production, le protocole de test des modules a été décrit et l'analyse des données de ces tests a permis la caractérisation des modules produits. Le calibrage du banc de test a été évalué à l'aide de la détection de particules cosmiques. Enfin, une étude des corrélations entre pistes d'un même module a permis de mieux comprendre les caractéristiques du bruit de mode commun qui est un paramètre important qui influencera les performances du détecteur final

La première partie de cette thèse porte sur l’intégration d’un bouchon du trajectographe au silicium de l’expérience CMS. Les procédures mises en œuvre et les tests qui ont permis d’aboutir à la qualification du système de détection sont présentés dans ce document. La deuxième partie est dédiée à la recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top. Une des voies les plus prometteuses consiste à rechercher une résonance dans la distribution en masse invariante des paires de quarks top. Une analyse réalisée en simulation complète dans le canal lepton+jets montre qu’à l’échelle du TeV, des processus de quelques centaines de fb à 1 pb pourraient être observés lors des premières années de prises de données
The first part of this thesis is dedicated to the integration of one silicon tracker end cap of the CMS experiment. The procedures implemented and the tests that led to the qualification of the detection system are presented in this document. The second part is dedicated to the search for new physics in the top quark sector. One of the most promising channel is to look for a resonance in the invariant mass distribution of top quark pairs. A full simulation analysis in the lepton + jets channel shows that at the TeV scale, processes from a few hundred fb to one pb could be observed in the early years of data taking

Prévue pour 2024, une série d’améliorations doit être apportée au grand collisionneur d’hadrons du CERN (LHC) de manière à élargir son potentiel de découverte de nouvelle physique. Cette thèse se situe dans la perspective des études d’amélioration du détecteur ATLAS dans ce nouvel environnement, et concerne une nouvelle technologie monolithique HV/HR CMOS qui pourrait être utilisée pour les détecteurs de traces centraux pixélisés. Cette technologie a le potentiel de permettre la réduction de l’épaisseur des détecteurs, d'augmenter la granularité ainsi que de réduire les couts de production.Au sein de la collaboration HV/HR CMOS d’ATLAS, divers prototypes ont été développés en utilisant les technologies de différents partenaires industriels : GlobalFoundries (GF) BCDlite 130 nm et LFoundry (LF) 150 nm entre autres. Pour comprendre le comportement électrique et la capacité de détection de telles technologies, des simulations TCAD -Technology Computer Aided Design- en 2D et 3D ont été réalisées pour extraire le profil de la zone déplétée, la tension de claquage, la capacitance ainsi que la collection de charges ionisées des prototypes. Le développement de systèmes de test complexes et la caractérisation des prototypes HV/HR CMOS ont aussi été une partie du travail fourni pour cette thèse. Les programmes d’acquisition, en particulier pour ce qui concerne les tests sous protons ou auprès d’irradiateurs à rayons X, ainsi que les programmes de réglages de seuil ont été implémenté dans divers systèmes de test. Plusieurs versions des prototypes développés dans 3 technologies HV/HR CMOS différentes (AMS 0.18 μm HV, GF BCDlite 130nm et LF 150nm) ont été caractérisées
A major upgrade to the Large Hadron Collider (LHC), scheduled for 2024 will be brought to the machine so as to extend its discovery potential. This PhD is part of the ATLAS program and aims at studying a new monolithic technology in the framework of the design of an upgraded ATLAS inner tracker. This new type of sensor is based on a HV/HR CMOS technology, which would potentially offer lower material budget, reduced pixel pitch and lower cost with respect to the traditional hybrid pixel detector concept.Various prototypes have been developed using different HV/HR CMOS technologies from several industrial partners, within the ATLAS HV/HR collaboration, for instance Global Foundry (GF) BCDlite 130 nm and LFoundry (LF) 150 nm. In order to understand the electric behavior and the detection capabilities of these technologies, 3D and 2D Technology Computer Aided Design (TCAD) simulations have been performed to extract the depletion zone profile, the breakdown voltage, the leakage current, the capacitance as well as the charge collection of the prototypes. Test setup developments and characterizations of the HV/HR CMOS prototypes were also part of this thesis. The data acquisition programs, in particular dedicated to the proton test beams, X-ray sources and threshold tuning, have been implemented into various test setups. Several HV/HR CMOS prototypes developed in three HV/HR technologies, AMS 0.18 µm HV, GF BCDlite 130 nm and LF 150 nm, have been characterized

La première partie de cette thèse porte sur l'intégration d'un bouchon du trajectographe au silicium de l'expérience CMS. Les procédures mises en œuvre et les tests qui ont permis d'aboutir à la qualification du système de détection sont présentés dans ce document.
La deuxième partie est dédiée à la recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top. Une des voies les plus prometteuses consiste à rechercher une résonance dans la distribution en masse invariante des paires de quarks top. Une analyse réalisée en simulation complète dans le canal lepton+jets montre qu'à l'échelle du TeV, des processus de quelques centaines de fb à 1 pb pourraient être observés lors des premières années de prises de données.

Les excellentes propriétés diélectriques des fluides fluorocarbures saturées (" SFCs " ; de forme CnF(2n+2)) on permis leur utilisation comme fluides caloporteurs pour le refroidissement par immersion directe de l'électronique, par exemple, de la série de supercomputers Cray. Ces fluides sont aussi utilisées comme milieu pour le transfert de chaleur dans les processus de soudure " non-contact " en phase vapeur et pour le déverminage des circuits électroniques dans une atmosphère uniforme à température élevée. Leurs grandes transparences aux ultraviolets, leur ininflammabilité et non-toxicité ont aussi permis leur utilisation comme radiateurs pour les détecteurs de rayonnements Tcherenkov ; ces fluides ont aussi servies comme radiateurs liquides et vapeurs dans nombreuses expériences en physique des particules et physique des astroparticules. Les systèmes de circulation des fluides fluorocarbures empruntent souvent des cycles thermodynamiques similaires à ceux qui sont utilisés pour les fluides frigorifiques récemment développées pour remplacer des fluides CFC (chlorofluoro- carbures). Cependant, ces nouveaux fluides sont conçus pour pouvoir se désintégrer facilement sous l'irradiation ultraviolette stratosphérique ; ils ne sont pas résistants aux radiations ionisantes, et ne peuvent donc pas être utilisés pour le refroidissement direct des détecteurs dans un environnement radioactif très important comme, par exemple, dans les expériences auprès du collisionneur LHC au CERN. Les molécules de SFC pures sont par contre extrêmement résistantes aux radiations grâce à la présence de liaisons simples de type C-F. Leur utilisation comme fluides caloporteurs en régime évaporatif a été proposé et développé au CPPM pour le détecteur à pixels de l'expérience ATLAS au LHC. Plus tard, cette technique a été choisie aussi pour tout le trajectographe silicium de l'expérience ATLAS, ainsi que pour les trajectographes silicium des expériences ALICE et TOTEM au LHC. Les expériences ATLAS et CMS utilisent aussi les SFCs comme fluides caloporteurs sous forme liquide. Le régime évaporatif exploite la chaleur latente de vaporisation et permet la circulation d'une masse moins importante de fluide que dans un système fonctionnant sous forme liquide. Grâce à une viscosité moins importante que celles de fluides caloporteurs à base de glycol-eau, une tuyauterie plus légère de diamètre réduit est possible, ce qui diminue - par conséquence - le bilan '%X0' du trajectographe.Une technique ultrasonique pour l'analyse des mélanges de vapeurs SFC a été développée comme alternative à la réfractométrie UV pour les radiateurs Tcherenkov du détecteur SLD-CRID (" Cherenkov Ring Imaging Detector " : détecteur de rayonnement Tcherenkov par focalisation en anneau) à SLAC (Stanford Linear Accelerator Center, Californie, USA) pendant les années 1980. La technique a été utilisée plus récemment dans plusieurs détecteurs de rayonnement Tcherenkov, et a aussi trouvé des applications dans l'industrie pétrolière et dans la fabrication des semiconducteurs par le processus MOCVD (" Metal-Organic Vapour Deposition ; fabrication par la déposition des vapeurs métallo-organiques). Cette technique a aussi démontré une sensibilité suffisante pour être utilisée dans l'analyse des mélanges de gaz utilisés dans l'anesthésie. L'analyse des mélanges de vapeur par ultrasons est aujourd'hui sous évaluation pour le refroidissement du trajectographe ATLAS par mélanges de fluides SFCs. Le travail de l'auteur dans plusieurs domaines d'application des ces fluides versatiles constitue le sujet de ce mémoire.

L’expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l’état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l’étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l’aide d’un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 < η < -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l’analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l’état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l’impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L’analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l’expérience ALICE et les plans d’amélioration des détecteurs pour l’horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l’ajout d’un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l’avant de l’absorbeur hadronique dans l’acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation
ALICE experiment at LHC studies the Quark Gluon Plasma (QGP), a particular state of matter where quarks and gluons are deconfined. A probe to explore this state is the study of several resonances (ρ, ω, ф, J/ψ and Ƴ) through their dimuon decay channel, with a muon spectrometer covering pseudo-rapidity -4 < η < -2.5. In the first part of this thesis, the focus is on light vector mesons (ρ, ω and ф) and their analysis in the 2010 data, in pp collisions at √s = 7 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV. Light vector mesons are powerful tools to probe the QGP due to their short lifetime and their dimuon decay channel. Indeed, leptons have negligible final state interactions. Production rates and spectral functions of those mesons are modified by the hot hadronic and QGP medium. In pp collisions, pT distributions, production cross sections and pT-differential cross sections of the different mesons have been extracted. The Pb-Pb analysis and its prospects are also presented. The second part of the thesis concerns ALICE upgrades plans of year 2017. A feasibility study for a Muon Forward Tracker (MFT) in Silicon pixels located upstream of the hadronic absorber, in the spectrometer acceptance, was performed. Performances and improvements brought by the MFT on several physics cases were in simulations

L'expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l'état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l'étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l'aide d'un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 < η < -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l'analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l'état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l'impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L'analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l'expérience ALICE et les plans d'amélioration des détecteurs pour l'horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l'ajout d'un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l'avant de l'absorbeur hadronique dans l'acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation

Cette thèse présente trois études différentes basées sur les données de CMS du Run 2. Les deux premières sont des mesures des propriétés des amas dans le trajectographe à pistes de silicium de CMS, liées respectivement aux particules hautement ionisantes (HIP) et au partage de charge entre les pistes voisines (également appelé diaphonie). Le dernier sujet abordé dans ce document est la recherche du partenaire supersymétrique du quark top, appelé stop. Une augmentation de l’inefficacité de reconstruction des hits dans le trajectographe à pistes de silicium de CMS a été observée au cours des années 2015 et 2016. Les particules hautement ionisantes ont été identifiées comme une cause possible de ces inefficacités. Cette thèse apporte des résultats qualitatifs et quantitatifs sur l’effet HIP et sa probabilité. Le HIP n’était pas la source la plus importante d’inefficacité et, une fois la source identifiée et corrigée, les nouvelles données révèlent qu’après cette correction, le HIP représente à présent la principale source d’inefficacité. La seconde étude présentée porte sur les conditions utilisées dans la simulation du trajectographe par CMS afin de fournir des résultats réalistes. Ces conditions changent avec les conditions de fonctionnement du trajectographe et évoluent avec le vieillissement du trajectographe résultant des dommages causés par le rayonnement. Nous avons constaté que les paramètres de diaphonie obsolètes avaient une grande incidence sur la forme de l’amas. Dans cette thèse, les paramètres ont été réévalués et il a été confirmé que les nouveaux paramètres améliorent grandement l’accord des amas entre données et simulation. La dernière partie décrit en profondeur la recherche de stop en utilisant les données collectées en 2016 (correspondant à ∫L = 35.9 fb−1) avec un lepton dans l’état final. Aucun excès n’a été observé par rapport aux prédictions attendues par le modèle standard et les résultats ont été interprétés en terme de limites d’exclusion sur des modèles simplifiés
This thesis presents three different studies based on the CMS Run 2 data. The first two are measurements of the cluster properties in the CMS silicon strip tracker related respectively to the highly ionizing particles (HIP) and the charge sharing among neighboring strips (also known as cross talk). The last topic discussed in this document is the search for the supersymmetric partner of the top quark, called the stop. An increase in the hit inefficiency of the CMS silicon strip tracker was observed during the years 2015 and 2016. The highly ionizing particles were identified as a possible cause of these inefficiencies. This thesis brings qualitative and quantitative results on the HIP effect and its probability. The HIP was found not to be the largest source of inefficiency at that time and once the source was identified and fixed, the new data revealed that after this fix the HIP now represents the major source of the hit inefficiency. The second study presented in this thesis focuses on the conditions plugged in CMS tracker simulation in order to provide realistic results. These conditions change with the tracker operating conditions and also evolve with tracker ageing resulting from the radiation damage. We identified that the outdated cross talk parameters largely impact the cluster width and seed charge. In this thesis the parameters were remeasured and it was confirmed that the new parameters largely improve the agreement of clusters between data and simulation. The last part describes deeply the stop analysis using data recorded in 2016 (corresponding to ∫L =35.9 fb−1) with single lepton in the final state. No excess was observed in the full 2016 data (∫L = 35.9 fb−1) with respect to the standard model background predictions and therefore exclusion limits in terms of simplified model spectra were derived